【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及新型二次电池组，特别是包含锂离子电池单元的那些，其具有改进的热管理，允许在极端温度条件下长期使用。更具体地，本专利技术涉及特定的基于异氰酸酯的材料(聚氨酯、聚脲、聚异氰脲酸酯和它们的混合物)的用途，用于热绝缘二次电池组和进一步使电池组内的热失控传播最小化。所述二次电池组可用于纯电动车辆(ev)、插电式混合动力车辆(phev)、混合动力车辆(hev)或用于其它车辆电池。
技术介绍
1、电池可大体上分类为一次电池和二次电池。一次电池，也称作一次性电池，目的是用至耗尽，之后将它们简单地用一个或多个新电池替换。二次电池，更通常地称作可再充电电池，能够反复再充电和再使用，因此与一次性电池相比提供了经济、环保和易用的益处。二次电池的实例可包括镍-镉电池、镍-金属混合电池、镍-氢电池、锂二次电池等。
2、二次电池，特别是锂离子电池，已作为关键的储能技术出现，并且现在是用于消费电子装置、工业、运输和储能应用的主要技术。
3、由于其高电势、高的能量和功率密度以及良好的寿命，二次电池现在是优选的电池技术，特别是在汽车工业中，因为它现在可为电动车辆诸如混合动力车辆(hev)、电池动力车辆(bev)和插电式混合动力车辆(phev)提供更长的驾驶里程和合适的加速度。在目前的汽车工业中，制造了不同尺寸和形状的锂离子电池单元，并且随后组装成不同配置的包。汽车二次电池组通常由许多(有时数百、甚至上千)个电池单元组成，以满足所需功率和电容需求。
4、然而，在驱动系统技术中这种转化并非没有技术障碍，因为使用电动机意
5、通常，与可再充电电池相关的大多数缺点是由于所用的电池化学品，因为这些化学品往往没有在一次电池中使用的那些化学品稳定。在通常的功率/电流负荷和环境运行条件下，大部分锂离子电池单元内的温度是通过热管理系统控制来保持为20℃至55℃。然而，不利条件诸如在高电池单元温度下的高功率消耗、单个电池单元内的化学失能可增加局部产热。具体而言，在临界温度以上，电池单元内的放热化学反应被激活，并且产热变得远多于由热管理系统抽取的热。现在，这种称作“热失控”的现象通常指由于各种运行因素引起的电池单元温度和压力的突然快速增加，这导致电池模块各处过高温度的传播。热失控可导致电池单元排空和内部温度超过200℃。在锂离子电池热失控测试中，已经报道了充满电的圆柱形18650型锂离子电池的最大电池单元表面温度为310℃至870℃。还报道了测量的单个电池单元的火焰温度高达1060℃，和含有一组电池单元的电池模块的火焰温度为1500℃。结果，来自电池组的电力中断，并且由于损坏的规模和相关的热能释放，使用该电池组的系统更可能遭受广泛的附带损坏。
6、由于经历了这种升温的电池单元的温度增加，电池组内相邻电池单元的温度也将上升。如果允许这些相邻电池单元的温度无阻碍地上升，则它们还可进入电池单元内温度极高的不可接受状态，从而导致级联效应，其中单个电池单元内的升温开始在整个电池组各处传播。
7、此外，由于锂离子电池的特性，二次电池组在-20℃至60℃的环境温度范围内运行。然而，即使当在此温度范围内运行时，二次电池组也可开始失去其电容或充放电的能力(如果环境温度下降至0℃以下的话)。取决于环境温度，当温度处于0℃以下时，电池的寿命循环电容或充放电能力会极大缩短。尽管如此，锂离子电池组在环境温度下降到最佳环境温度范围(20℃至25℃)之外的情况下使用是不可避免的。这些因素不仅极大地缩短了车辆的驾驶里程，而且对电池造成了极大损害。在较低温度下可获得的能量和功率的劣化归因于电容的下降和内部电阻的增加。
8、综上，在具有多个电池单元的电池组或电池模块中，从一个电池单元到下一个电池单元可发生显著的温度变化，这对电池组的性能有害。为了促进整个电池组的长寿命，电池温度必须低于所需的阈值温度。为了提高电池组性能，应使得二次电池组中的电池之间的温差最小化。然而，取决于到环境的热路径，不同的电池将达到不同的温度。此外，由于相同的原因，不同的电池在充电过程期间达到不同的温度。因此，如果一个电池单元相对于其它电池单元处于升高的温度下，则其充放电效率将不同，并且因此，其充放电可快于其它电池。这将导致整个二次电池组的性能下降。
9、已经采用了几个方案来降低热问题的风险或降低热传播的风险。这些可在美国专利b-8,367,233中找到，其公开了电池组热管理系统，该系统包含至少一个整合到电池组外壳的至少一个壁中的外壳故障口，其中该外壳故障口在电池组的正常运行期间保持封闭，并且在电池组热事件期间打开，由此提供了流动路径来将热事件期间产生的热气以受控方式从电池组外壳排出。
10、另一方案是开发新的电池单元化学品和/或改性现有的电池单元化学品。又一方案是在电池单元水平上提供额外的屏蔽，由此抑制热能从经历热管理问题的电池单元流动传播到相邻电池单元。又一方案是使用间隔器组件来将经历热事件的电池的位置保持在其在电池组内的预定位置处，由此有助于使在相邻电池上的热效应最小化。
11、还已描述了对电池组进行热绝缘来降低热扩散或它们传播的风险。例如，文献us-a-2007/0259258描述了锂发生器电池，其中发生器彼此叠加放置，并且通过聚氨酯泡沫包围而使此堆叠保持就位。还公开了一个实施方案，其中将冷却翅片(cooling fins)插入到两个发生器之间。
12、文献de-a-202005010708描述了一种启动器铅酸电化学发生器和用于工业用途的电化学发生器，其外壳含有塑料泡沫诸如具有闭孔的聚丙烯或聚氯乙烯。
13、文献us-a-2012/0003508描述了锂电化学发生器的电池，其包括外壳；包纳在该外壳中的多个锂电化学发生器，各个发生器包括容器；硬质阻燃泡沫体，其具有由填充每个电化学发生器的外壳的内壁和容器侧壁的自由表面之间的空间的电绝缘材料形成的闭孔，泡沫体覆盖各个电化学发生器的容器侧壁的自由表面，长度为该容器高度的至少25％。根据一个实施方案，该硬质阻燃泡沫体由选自以下的材料组成：聚氨酯、环氧、聚乙烯、三聚氰胺、聚酯、聚苯乙烯、有机硅或聚氨酯，并且聚氨酯和环氧的混合物是优选的。描述了用于泡沫形成的聚氨酯树脂的膨胀，使用以下化学路径来获得泡沫体：
14、a)经由化学路径、即水与异氰酸酯反应产生co2，这将引起聚氨酯发泡，
15、b)经由物理路径，即低沸点液体在由异氰酸酯和氢给体化合物之间的放热反应产生的热的作用下蒸发，或
16、c)经由注入空气。
17、尽管已经采用了许多方案来尝试降低电池组各处的热侵袭以及热能传播的风险，但是若确实发生了电池组水平的热事件，则最小化人身风险和财产风险是关键的。随着电池中电池单元的数目和尺寸增加，还期待的是提供合适的热管理的必要性和益处也增加。
18、此外，存在着设计电池组的新趋势，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.二次电池组100，其包含：
2.根据权利要求1所述的二次电池组，其中所述有机聚硅氧烷聚合物Y包含作为端基或作为侧基的至少一个羟基封端的聚氧化亚烷基结构部分，和其中所述聚氧化亚烷基结构部分的平均分子量为300至4000g/mol、优选300至3500g/mol和甚至更优选300至3000g/mol。
3.根据权利要求1所述的二次电池组，其中所述有机聚硅氧烷聚合物Y包含作为端基或作为侧基的羟基封端的聚氧化亚烷基结构部分，和所述有机聚硅氧烷聚合物Y具有以下平均通式：
4.根据权利要求1所述的二次电池组，其中：
5.根据权利要求1所述的二次电池组，其中：
6.根据权利要求1所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料A是泡沫体。
7.根据权利要求6所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料A是通过机械发泡法步骤制备的泡沫体，其中在组合物X的固化步骤之前或期间通过机械搅拌将气体加入组合物X中。
8.根据权利要求6所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料A是通过以下物理发泡法之一制备的泡沫体：>
9.根据权利要求6所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料A是通过组合物X的发泡获得的泡沫体，所述组合物X是通过将第一部分A和第二部分B混合制备的，其中：
10.根据权利要求6所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料A是通过化学发泡法步骤制备的泡沫体，其中至少一种发泡剂存在于组合物X内，所述发泡剂在组合物X的固化步骤之前或期间发泡。
11.根据权利要求6所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料A是通过物理发泡法和化学发泡法制备的发泡体。
12.根据权利要求4或5所述的二次电池组，其中所述热绝缘材料B是有机硅复合泡沫体。
13.根据权利要求1所述的二次电池组，其中所述电池单元103是圆柱形电池，并且以多个电池单元行排列来产生电池单元103阵列。
14.根据权利要求1所述的二次电池组，其中所述二次电池组还含有蜂窝状结构，所述电池单元103嵌入并保持在其中，形成电池单元103阵列。
15.根据权利要求1中任一项所述的二次电池组，其中电池单元103为锂离子类型。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的二次电池组，其位于车辆内。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的二次电池组，其位于汽车机动车辆内。
18.根据权利要求1至15中任一项所述的二次电池组，其位于纯电动车辆(EV)、插电式混合动力车辆(PHEV)、混合动力车辆(HEV)内。
19.根据权利要求1至15中任一项所述的二次电池组，其位于飞机、小船、船舶、火车或墙壁装置内。
20.制备权利要求1至15中任一项定义的二次电池组的方法，其包括以下步骤：
21.制备权利要求1至19中任一项定义的二次电池组的方法，其包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.二次电池组100，其包含：
2.根据权利要求1所述的二次电池组，其中所述有机聚硅氧烷聚合物y包含作为端基或作为侧基的至少一个羟基封端的聚氧化亚烷基结构部分，和其中所述聚氧化亚烷基结构部分的平均分子量为300至4000g/mol、优选300至3500g/mol和甚至更优选300至3000g/mol。
3.根据权利要求1所述的二次电池组，其中所述有机聚硅氧烷聚合物y包含作为端基或作为侧基的羟基封端的聚氧化亚烷基结构部分，和所述有机聚硅氧烷聚合物y具有以下平均通式：
4.根据权利要求1所述的二次电池组，其中：
5.根据权利要求1所述的二次电池组，其中：
6.根据权利要求1所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料a是泡沫体。
7.根据权利要求6所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料a是通过机械发泡法步骤制备的泡沫体，其中在组合物x的固化步骤之前或期间通过机械搅拌将气体加入组合物x中。
8.根据权利要求6所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料a是通过以下物理发泡法之一制备的泡沫体：
9.根据权利要求6所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料a是通过组合物x的发泡获得的泡沫体，所述组合物x是通过将第一部分a和第二部分b混合制备的，其中：
10.根据权利要求6所述的二次电池组，其中所述基于异氰酸酯的材料a是通过化学发泡法步骤制备的泡沫体，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·E·梅斯纳，孟岩，J·安波杰，M·基哈拉，S·杰克逊，V·奥尼尔，
申请(专利权)人：埃肯有机硅美国公司，
类型：发明
国别省市：
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